CN107085000B - X射线光栅相衬成像自动校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X射线光栅相衬成像自动校准方法，包括：移动样品台，使样品台不在光路上；X光源发出的X光在探测器上形成条纹图像；分析得到所述条纹图像的参数；判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数是否匹配；如果匹配成功，则将样品台移动回到光路，并在所述样品台上放置样品；X光源发出的X光在探测器上形成阴影图像；分析得到所述阴影图像的参数；判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数是否匹配；如果匹配成功，则完成自动校准。本发明还涉及一种X射线光栅相衬成像自动校准系统。本发明能够完成光栅相衬的自动校准，降低人工调整的工作量，提高实验效率，减少人眼误差。

Description

X射线光栅相衬成像自动校准系统及方法

技术领域

本发明涉及一种X射线光栅相衬成像自动校准系统及方法。

背景技术

在X射线光栅相衬成像领域，光栅相衬成像使用了普通X光源，极大地降低了实验成本，因此，被认为是最接近实际应用的一种技术手段。在该技术的整条光路上，光栅多达3个，而相衬成像技术又是对光路异常敏感的技术，要求光路非常精准。

传统的方法是：把光学部件放置在平移(XYZ方向)、转动和偏转平台上，连接运动控制器和COM模块，手动操作计算机调控光路。但是，整个光学平台部件很多，精密光学调整容易失误，并且非常耗时。

不同实验人员经验不一样，因此调整光路的时间有很大差别。由于光学平台非常精密，外部震动，热胀冷缩，设备磨损等都会导致光路发生变化。因此，几乎每次实验都需要调控光路。事实上，即使是经验丰富的实验员，每次花在光路调整的时间也会很长，这极大影响了实验效率。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种X射线光栅相衬成像自动校准系统及方法。

本发明提供一种X射线光栅相衬成像自动校准系统，该系统包括计算机、与所述计算机电性连接的COM模块，与所述COM模块分别电性连接的运动控制模块及图像传输模块，所述运动控制模块分别与X光源及位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、样品台、分析光栅、探测器电性连接，所述图像传输模块与探测器电性连接，所述计算机包括分析模块及判断模块，其中：所述运动控制模块用于移动样品台，使样品台不在光路上；所述图像传输模块用于当X光源发出的X光在探测器上形成条纹图像时，将所述条纹图像通过COM模块传输到分析模块；所述分析模块用于分析得到所述条纹图像的参数；所述判断模块用于判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数是否匹配，所述第一标准图像指：没有样品时，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的图像；所述运动控制模块还用于当所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配成功时，将样品台移回光路，并在所述样品台上放置样品；所述图像传输模块还用于当X光源发出的X光在探测器上形成阴影图像时，将所述阴影图像通过COM模块传输到分析模块；所述分析模块还用于分析得到所述阴影图像的参数；所述判断模块还用于判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数是否匹配，如果所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配成功，则完成自动校准，所述第二标准图像是指：放置样品后，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的阴影图像。

其中，所述判断模块还用于：当所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量；及当所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量。

所述运动控制模块还用于：根据计算的运动量对光路中的元件位置进行调整。

判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配的匹配标准为：如果上述条纹图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内，则匹配成功。

判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配标准为：如果上述阴影图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内并位于视野的中央，且所述阴影图像的大小在视野面积的40％-80％范围内，则匹配成功。

本发明还提供一种X射线光栅相衬成像自动校准方法，该方法包括如下步骤：a.移动样品台，使样品台不在光路上；b.X光源发出的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、分析光栅在探测器上形成条纹图像；c.分析得到所述条纹图像的参数；d.将分析得到的所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数比对，并判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数是否匹配，所述第一标准图像是指：没有样品时，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的图像；e.如果所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配成功，则将样品台移动回到光路，并在所述样品台上放置样品；f.X光源发出的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、样品台、分析光栅，在探测器上形成阴影图像；g.分析得到所述阴影图像的参数；h.将分析得到的所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数比对，并判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数是否匹配，所述第二标准图像是指：放置样品后，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的阴影图像；i.如果所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配成功，则完成自动校准。

其中，该方法还包括步骤：当所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量，并根据计算的运动量对光路中的元件位置进行调整，返回步骤b。

该方法还包括：当所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量，并根据计算的运动量对光路中的元件位置进行调整，返回步骤f。

步骤d中判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配的匹配标准为：如果上述条纹图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内，则匹配成功。

步骤h中判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配标准为：如果上述阴影图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内并位于视野的中央，且所述阴影图像的大小在视野面积的40％-80％范围内，则匹配成功。

本发明X射线光栅相衬成像自动校准系统及方法，能够完成光栅相衬的自动校准，降低了人工调整的工作量，大幅度减少了实验准备时间，提高了实验效率，同时也减少了人眼误差。

附图说明

图1为本发明X射线光栅相衬成像自动校准系统的硬件架构图；

图2为本发明X射线光栅相衬成像自动校准方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

参阅图1所示，是本发明X射线光栅相衬成像自动校准系统的硬件架构图。

该系统包括计算机101、COM模块102、运动控制模块103、X光源104、源光栅105、分束光栅106、样品台107、分析光栅108、探测器109及图像传输模块110。其中：X光源104、源光栅105、分束光栅106、样品台107、分析光栅108及探测器109位于同一光路中心，COM模块102分别与计算机101、运动控制模块103、图像传输模块110电性连接；运动控制模块103分别与X光源104、源光栅105、分束光栅106、样品台107、分析光栅108、探测器109电性连接；图像传输模块110与探测器109电性连接。

所述计算机101控制整个系统的运作，负责整个系统的信号控制及数据处理。所述计算机101包括分析模块111及判断模块112。

所述COM模块102用于接收计算机101的指令，并将所述指令传递给运动控制模块103、图像传输模块110；及将传递给运动控制模块103、图像传输模块110的数据传递给计算机101。

所述运动控制模块103用于移动样品台107，使样品台107不在光路上。

所述图像传输模块110用于当X光源104发出X光在探测器109上形成条纹图像时，将所述条纹图像通过COM模块102传输到分析模块111。具体而言：

X光源104发射的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅105、分束光栅106、分析光栅108，在探测器109上形成条纹图像，图像传输模块110将所述条纹图像通过COM模块102传输到分析模块111。所述条纹图像为莫氏条纹图像。

所述分析模块111用于分析得到所述条纹图像的参数。具体而言：

所述分析模块111分析所述条纹图像，并得到所述条纹图像的参数，所述参数包括：尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度。

所述判断模块112用于将分析得到的所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数比对，并判断是否匹配。所述第一标准图像是指：没有样品时，样品台107处于合适位置，在探测仪109上留下的图像。具体而言：

将所述条纹图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度，分别与所述第一标准图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度进行比对：如果上述条纹图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内，则匹配成功；否则，所述判断模块112计算分束光栅106、分析光栅108的运动量。

上述计算分束光栅106、分析光栅108的运动量具体方法为：若所述条纹图像与所述第一标准图像在大小上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的z轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像在水平方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的x轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像在竖直方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的y轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像的条纹夹角大于5°，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面的旋转电机。

所述运动控制模块103还用于根据计算的运动量，对光路中的元件位置进行调整。

所述运动控制模块103还用于将样品台107移动回到光路，并在所述样品台107上放置样品。

所述图像传输模块110还用于当X光源104发出X光在探测器109上形成条纹图像时，将所述条纹图像通过COM模块102传输到计算机101的分析模块111。具体而言：

X光源104发射的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅105、分束光栅106、样品台107、分析光栅108，在探测器109上形成阴影图像，探测器109通过图像传输模块110将所述阴影图像传输到分析模块111。

所述分析模块111还用于分析得到所述阴影图像的参数。具体而言：

所述分析模块111分析所述阴影图像，并得到所述阴影图像的参数，所述参数包括：尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度。

所述判断模块112还用于将分析得到的所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数比对，并判断是否匹配。所述第二标准图像是指：放置样品后，样品台107处于合适位置，在探测仪109上留下的阴影图像具体而言：

将所述阴影图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度，分别与所述标准图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度进行比对：如果上述阴影图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内并位于视野的中央，且所述阴影图像的大小在视野面积的40％-80％范围内，则匹配成功，校准结束；否则，所述判断模块112计算分束光栅106、分析光栅108的运动量。

上述计算分束光栅106、分析光栅108的运动量具体方法为：若所述条纹图像与所述第二标准图像在大小上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的z轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像在水平方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的x轴；若所述条纹图像与所述第二标准图像在竖直方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的y轴；若所述条纹图像与所述第二标准图像的条纹夹角大于5°，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面的旋转电机。

所述运动控制模块103还用于根据计算的运动量，对光路中的元件位置进行调整。

参阅图2所示，是本发明X射线光栅相衬成像自动校准方法较佳实施例的作业流程图。

步骤S401，移动样品台107，使样品台107不在光路上。

步骤S402，X光源104发出X光在探测器109上形成条纹图像，探测器109通过图像传输模块110将所述条纹图像传输到计算机101。具体而言：

X光源104发射的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅105、分束光栅106、分析光栅108，在探测器109上形成条纹图像，探测器109通过图像传输模块110将所述条纹图像传输到计算机101。所述条纹图像为莫氏条纹图像。

步骤S403，分析得到所述条纹图像的参数。具体而言：

计算机101分析所述条纹图像，并得到所述条纹图像的参数，所述参数包括：尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度。

步骤S404，将分析得到的所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数比对，并判断是否匹配。所述第一标准图像是指：没有样品时，样品台107处于合适位置，在探测仪109上留下的图像。具体而言：

将所述条纹图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度，分别与所述第一标准图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度进行比对：如果上述条纹图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内，则匹配成功，进入步骤S406；否则，计算分束光栅106、分析光栅108的运动量，进入步骤S405。

上述计算分束光栅106、分析光栅108的运动量具体方法为：若所述条纹图像与所述第一标准图像在大小上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的z轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像在水平方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的x轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像在竖直方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的y轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像的条纹夹角大于5°，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面的旋转电机。

步骤S405，根据计算的运动量，对光路中的元件位置进行调整，而后返回步骤S402。

步骤S406，将样品台107移动回到光路，并在所述样品台107上放置样品。

步骤S407，X光源104发出X光在探测器109上形成阴影图像，探测器109通过图像传输模块110将所述阴影图像传输到计算机101。具体而言：

X光源104发射的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅105、分束光栅106、样品台107、分析光栅108，在探测器109上形成阴影图像，探测器109通过图像传输模块110将所述阴影图像传输到计算机101。

步骤S408，分析得到所述阴影图像的参数。具体而言：

计算机101分析所述阴影图像，并得到所述阴影图像的参数，所述参数包括：尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度。

步骤S409，将分析得到的所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数比对，并判断是否匹配。所述第二标准图像是指：放置样品后，样品台107处于合适位置，在探测仪109上留下的阴影图像。具体而言：

将所述阴影图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度，分别与所述标准图像的尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度进行比对：如果上述阴影图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内并位于视野的中央，且所述阴影图像的大小在视野面积的40％-80％范围内，则匹配成功，校准结束；否则，计算分束光栅106、分析光栅108的运动量，进入步骤S410。

上述计算分束光栅106、分析光栅108的运动量具体方法为：若所述条纹图像与所述第二标准图像在大小上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的z轴；若所述条纹图像与所述第一标准图像在水平方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的x轴；若所述条纹图像与所述第二标准图像在竖直方向上有大于10％的差异，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面XYZ轴平台的y轴；若所述条纹图像与所述第二标准图像的条纹夹角大于5°，则分别调整分析光栅106、分束光栅108下面的旋转电机。

步骤S410，根据计算的运动量，对光路中的元件位置进行调整，而后返回步骤S407。

虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种X射线光栅相衬成像自动校准系统，其特征在于，该系统包括计算机、与所述计算机电性连接的COM模块，与所述COM模块分别电性连接的运动控制模块及图像传输模块，所述运动控制模块分别与X光源及位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、样品台、分析光栅、探测器电性连接，所述图像传输模块与探测器电性连接，所述计算机包括分析模块及判断模块，其中：

所述COM模块用于接收计算机的指令，并将所述指令传递给运动控制模块、图像传输模块；及将传递给运动控制模块、图像传输模块的数据传递给计算机；

所述运动控制模块用于移动样品台，使样品台不在光路上；

所述图像传输模块用于当X光源发出的X光在探测器上形成条纹图像时，将所述条纹图像通过COM模块传输到分析模块，

X光源发射的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、分析光栅，在探测器上形成条纹图像，图像传输模块将所述条纹图像通过COM模块传输到分析模块，所述条纹图像为莫氏条纹图像；

所述分析模块用于分析得到所述条纹图像的参数；所述参数包括：尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度；

所述判断模块用于判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数是否匹配，所述第一标准图像指：没有样品时，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的图像；

所述运动控制模块还用于当所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配成功时，将样品台移回光路，并在所述样品台上放置样品；

所述图像传输模块还用于当X光源发出的X光在探测器上形成阴影图像时，将所述阴影图像通过COM模块传输到分析模块；

所述分析模块还用于分析得到所述阴影图像的参数；

所述判断模块还用于判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数是否匹配，如果所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配成功，则完成自动校准，所述第二标准图像是指：放置样品后，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的阴影图像；

所述判断模块还用于：

当所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量；及

当所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量；

所述运动控制模块还用于：

根据计算的运动量对光路中的元件位置进行调整；

判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配的匹配标准为：

如果上述条纹图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内，则匹配成功。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配标准为：

如果上述阴影图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内并位于视野的中央，且所述阴影图像的大小在视野面积的40％-80％范围内，则匹配成功。

3.一种X射线光栅相衬成像自动校准方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a.移动样品台，使样品台不在光路上；

b.X光源发出的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、分析光栅在探测器上形成条纹图像；图像传输模块将所述条纹图像通过COM模块传输到分析模块，所述条纹图像为莫氏条纹图像；

c.分析得到所述条纹图像的参数，所述参数包括：尺寸、黑白条纹间距、条纹弯曲度、条纹偏转度；

d.将分析得到的所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数比对，并判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数是否匹配，所述第一标准图像是指：没有样品时，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的图像；

e.如果所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配成功，则将样品台移动回到光路，并在所述样品台上放置样品；

f.X光源发出的X光依次通过位于同一光路中心的源光栅、分束光栅、样品台、分析光栅，在探测器上形成阴影图像；

g.分析得到所述阴影图像的参数；

h.将分析得到的所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数比对，并判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数是否匹配，所述第二标准图像是指：放置样品后，样品台处于合适位置，在探测仪上留下的阴影图像；

i.如果所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配成功，则完成自动校准；

该方法还包括步骤：

当所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量，并根据计算的运动量对光路中的元件位置进行调整，返回步骤b；

当所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配不成功时，计算分束光栅、分析光栅的运动量，并根据计算的运动量对光路中的元件位置进行调整，返回步骤f；

步骤d中判断所述条纹图像的参数与第一标准图像的参数匹配的匹配标准为：

如果上述条纹图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内，则匹配成功。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤h中判断所述阴影图像的参数与第二标准图像的参数匹配标准为：

如果上述阴影图像每个参数与标准图像对应参数的误差在10％以内并位于视野的中央，且所述阴影图像的大小在视野面积的40％-80％范围内，则匹配成功。

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